JP2021118210A - 光通信モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】部品の実装密度を高めて小型化を実現させると共に高周波信号の配線を適切に行うことができる光通信モジュールを提供する。【解決手段】一実施形態に係る光トランシーバは、TOSA8及びROSA9と、電気高速信号を扱う回路を搭載するメイン基板11と、電気低速信号を扱う回路を搭載するサブ基板12と、TOSA8及びROSA9のそれぞれとメイン基板11との間に配置されるFPC20と、を備え、サブ基板12は、FPC20の内側に形成された開口部21に配置され、FPC20及びサブ基板12は、それぞれに形成されたパッドを介して互いに半田によって接続されており、FPC20は、長手方向に交差する幅方向において開口部21の外側に、TOSA8及びROSA9のそれぞれとメイン基板11との間で電気高速信号を伝達する高速信号配線L1を有する。【選択図】図3

Description

本発明の一側面は、光通信モジュールに関するものである。
特許文献1には、複数の光サブアセンブリと回路基板とを備えた光トランシーバが記載されている。光サブアセンブリはTOSA及びROSAを含んでいる。TOSA及びROSAのそれぞれは、リードフレームコネクタ、リード及びパッドを介して回路基板に接続されている。
特許文献2には、電子機器の内部において基板とFPCとを互いに接続するFPC接続コネクタが記載されている。基板とFPCとはFPC接続コネクタを介して互いに接続される。FPC接続コネクタは、互いに同一の方向を向くように並べられる複数の金属片と、複数の金属片の一端同士を接続する第1の絶縁体と、複数の金属片の他端同士を接続する第2の絶縁体とを備える。第1の絶縁体の両端のそれぞれには凸状の位置決め手段が設けられる。位置決め手段がFPCと基板に嵌め込まれると共に、金属片がFPCの端子と基板の端子とを押さえつけることにより、FPCと基板との電気的接続が実現される。
米国特許出願公開2007/0003195号明細書 特開2004−22529号公報
光通信モジュールにおいては、特に近年、光通信における伝送速度の高速化が進んでおり、機能の向上に伴い内部の部品の高集積化及び高機能化が進んでいる。これに伴い、光通信モジュールでは、内部に配置される部品の数が増えており、当該部品の配置、及び当該部品間を接続する配線等の本数が増えることにより複雑化している。光通信モジュールにおいて扱われる電気信号は光デバイスを制御する比較的低速の制御信号の他に情報伝送のための高周波信号を含んでおり、通信の品質確保のためには高周波信号の配線を適切に行うことが求められる。一方、光通信モジュールでは、小型化の要請が高まっている。従って、光通信モジュールの内部に部品を効率よく配置して部品の実装密度を高めると共に光通信モジュールの小型化を実現させることが求められる。
本発明の一側面は、部品の実装密度を高めて小型化を実現させると共に高周波信号の配線を適切に行うことができる光通信モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る光トランシーバは、長手方向に長い直方体状の外形を有する光通信モジュールであって、光信号と電気高速信号との間の光電変換を行い、光電変換の制御に係る電気低速信号を扱う光サブアセンブリと、電気高速信号を扱う回路を搭載する第1回路基板と、電気低速信号を扱う回路を搭載する第2回路基板と、可撓性を有し、長手方向において光サブアセンブリと第1回路基板との間に配置され、光サブアセンブリと第1回路基板及び第2回路基板とを電気的に接続するフレキシブル基板と、を備え、電気低速信号は、電気高速信号の信号速度よりも遅い信号速度を有し、第2回路基板は、フレキシブル基板の内側に形成された開口部に配置され、フレキシブル基板及び第2回路基板は、それぞれに形成されたパッドを介して互いに半田によって接続されており、フレキシブル基板は、長手方向に交差する幅方向において開口部の外側に、光サブアセンブリと第1回路基板との間で電気高速信号を伝達する高速信号配線を有する。
本発明の一側面によれば、部品の実装密度を高めて小型化を実現させると共に高周波信号の配線を適切に行うことができる。
図1は、本発明の実施形態に係る光通信モジュールを示す斜視図である。 図2は、図1の光通信モジュールの内部構造を示す斜視図である。 図3は、図1の光通信モジュールの光サブアセンブリ、FPC、サブ基板及びメイン基板を示す斜視図である。 図4は、図3の光サブアセンブリ、FPC、サブ基板及びメイン基板を図3とは異なる方向から見た斜視図である。 図5は、図3のFPCの折り曲げ部と筐体の内面とを示す断面図である。 図6は、図3のFPC及びサブ基板を示す斜視図である。 図7は、図6のFPC及びサブ基板を図6とは異なる方向から見た斜視図である。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。本願発明の一実施形態に係る光トランシーバは、長手方向に長い直方体状の外形を有する光通信モジュールであって、光信号と電気高速信号との間の光電変換を行い、光電変換の制御に係る電気低速信号を扱う光サブアセンブリと、電気高速信号を扱う回路を搭載する第1回路基板と、電気低速信号を扱う回路を搭載する第2回路基板と、可撓性を有し、長手方向において光サブアセンブリと第1回路基板との間に配置され、光サブアセンブリと第1回路基板及び第2回路基板とを電気的に接続するフレキシブル基板と、を備え、電気低速信号は、電気高速信号の信号速度よりも遅い信号速度を有し、第2回路基板は、フレキシブル基板の内側に形成された開口部に配置され、フレキシブル基板及び第2回路基板は、それぞれに形成されたパッドを介して互いに半田によって接続されており、フレキシブル基板は、長手方向に交差する幅方向において開口部の外側に、光サブアセンブリと第1回路基板との間で電気高速信号を伝達する高速信号配線を有する。
この光トランシーバでは、光サブアセンブリが光信号及び電気信号の光電変換を行い、第1回路基板は電気高速信号を扱い、第2回路基板は電気低速信号を扱う。光サブアセンブリと、第1回路基板及び第2回路基板のそれぞれとはフレキシブル基板によって互いに電気的に接続される。第2回路基板はフレキシブル基板の内側に形成された開口部に配置される。このように、フレキシブル基板に開口部を設けると共に、フレキシブル基板の開口部に第2回路基板を配置することにより、回路基板に搭載されていた回路の一部をフレキシブル基板の開口部に配置された第2回路基板に搭載することができる。従って、フレキシブル基板の内側の開口部を、第2回路基板を配置するスペースとして用いることができるので、部品の実装密度を高めると共に小型化を実現させることができる。また、光トランシーバは通信装置のケージに一方向に挿抜される。電気高速信号が通る高速信号配線は、フレキシブル基板の開口部から見て幅方向の両側のそれぞれに形成されており、各高速信号配線は光サブアセンブリから第1回路基板まで延びている。従って、電気高速信号は、開口部に配置された第2回路基板を通らずに、フレキシブル基板の開口部の両側のそれぞれを通る。よって、高速信号配線の接続点が増えてモードミスマッチによる反射が生じて電気高速信号の品質が低下することを抑制することができるので、部品の実装密度を高めて小型化を実現させると共に電気高速信号の配線を適切に行うことができる。
また、高速信号配線は、伝送線路によって形成されており、高速信号配線は、光サブアセンブリの端子、及び第1回路基板の端子を直接1:1に接続してもよい。この場合、高速信号配線によって、光サブアセンブリの端子及び第1回路基板の端子を直接1:1に接続する。従って、高速信号配線が光サブアセンブリと第1回路基板とを直接1:1に接続するので、電気高速信号の品質を確保することができる。
フレキシブル基板は、幅方向において開口部の外側に長手方向及び幅方向と交差する高さ方向に延びる折り曲げ部を有し、折り曲げ部に高速信号配線が形成されていてもよい。この場合、フレキシブル基板及び第2回路基板の間で伝達される電気低速信号の速度が電気高速信号の速度よりも遅いので、光サブアセンブリの制御信号等の電気低速信号をフレキシブル基板及び第2回路基板に通すことができる。従って、フレキシブル基板を介して電気高速信号が第1回路基板から光サブアセンブリに直接伝達すると共に、フレキシブル基板及び第2回路基板を介して電気低速信号が第1回路基板から光サブアセンブリに伝達するので、信号の性質に応じて配線を適切に行うことができる。
光サブアセンブリ、第1回路基板、第2回路基板及びフレキシブル基板を収容する筐体を更に備え、折り曲げ部は、筐体の内面に対向し、折り曲げ部の内面と対向する部分は、絶縁材に覆われていてもよい。この場合、フレキシブル基板が幅方向の両側のそれぞれに折り曲げ部を有することによって、信号の配線のスペースを多く確保することができる。よって、光トランシーバの内部空間を有効利用することができるので、光トランシーバの小型化に寄与する。また、フレキシブル基板の幅方向の両側のそれぞれに設けられた折り曲げ部に高速信号配線が形成されるので、折り曲げ部を電気高速信号を通す部分として有効利用することができる。
パッドは、フレキシブル基板と第2回路基板との間で電気低速信号を伝達するパッド以外のパッドを含んでもよい。この場合、電気低速信号を伝達するパッド以外のパッドを、フレキシブル基板と第2回路基板との接続を補強するパッドとして用いることができるので、FPCと第2回路基板とを一層強固に接続することができる。
[本願発明の実施形態の詳細]
本願発明の実施形態に係る光通信モジュールの具体例を、以下で図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以降の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内における全ての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解を容易にするため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。
図1は、実施形態に係る光通信モジュール1を示す斜視図である。図1に示されるように、光通信モジュール1は、一例として、SFP(Small Form-factor Pluugable)規格に準拠しており全二重双方向光受信を行う。光通信モジュール1は、その長手方向である一方向D1に沿って、通信装置であるホストシステム内に設けられたケージに挿抜(挿入及び抜出)される。光通信モジュール1は筐体2を備えており、筐体2は一方向D1に沿って延びる細長形状とされる。筐体2は金属製である。一方向D1に垂直な筐体2の断面形状は、例えば、長方形状である。筐体2は、一方向D1に延びる側面2aと、上面2bと、底面2cとを有する。
筐体2は、光ファイバケーブルの先端に設けられた光コネクタが係合する一対の光レセプタクル3を備える。光レセプタクル3は、筐体2の一方向D1の一端に設けられる。筐体2は、更に、ホストシステムのケージの内部に設けられた電気コネクタ(ソケット)に接続される電気プラグ4を、一方向D1の他端に備える。また、筐体2は、上面2bを含む上筐体6と、底面2cを含む下筐体7とを有する。上筐体6及び下筐体7は、例えば、ガスケットが介在した状態で複数のネジによって互いに接合される。なお、以下の説明では、「前後」及び「上下」の方向を用いることがあるが、これらの方向は図示する状態に基づく便宜的なものであり、方向を限定するものではない。以下の説明では、光レセプタクル3側を「前」、電気プラグ4側を「後」、下筐体7から上筐体6を見た方向を「上」、上筐体6から下筐体7を見た方向を「下」と称することがある。
光通信モジュール1は、ホストシステムのケージに挿入されたとき、筐体2がケージと係合してユーザーが筐体2だけを持ってケージから引き抜くことができなくなる。光通信モジュール1は、ケージとの係合に対する解除機構を備えている。解除機構は、例えば、スライダ5とベール(不図示)とを含んでいる。スライダ5は上筐体6と下筐体7の間に設けられる。スライダ5は、筐体2の側面2aのそれぞれに1つずつ設けられており、2つで一対の部品となっている。光レセプタクル3の上方及び前方において、例えば、スライダ5に対してベールが回動自在に取り付けられる。光レセプタクル3に対してベールが前方且つ下方に回動したときにスライダ5が前方に直線移動し、スライダ5の前方への直線移動に伴ってケージに対する光通信モジュール1の係合が解除される。
図2は、図1の光通信モジュール1を上下に反転させて下筐体7を外し、光通信モジュール1の内部構造を示す斜視図である。図2に示されるように、光通信モジュール1の内部には、光送信サブアセンブリ(光サブアセンブリ、TOSA:Transmitter Optical Sub-Assembly)8、光受信サブアセンブリ(光サブアセンブリ、ROSA:ReceiverOptical Sub-Assembly)9、回路基板10及びFPC(Flexible Print Circuit)20が収容される。TOSA8及びROSA9は、一方向D1に交差する方向であって光通信モジュール1の幅方向に相当する方向D2に沿って並置される。方向D2は、例えば、一方向D1と交差し、側面2aに垂直な方向である。TOSA8は、例えば半導体ダイオード等の発光素子を備え、電気信号を光信号に変換する。TOSA8は、例えば、光合波器を含み、複数の電気信号を互いにピーク波長の異なる複数の光信号に変換して、光合波器によって複数の光信号を多重化して一つの波長多重信号を生成してもよい。ROSA9は、例えばフォトディテクタ等の受光素子を備え、光信号を電気信号に変換する。ROSA9は、例えば、光分波器を含み、光分波器によって一つの波長多重信号を互いにピーク波長の異なる複数の光信号に分離し、複数の光信号を複数の電気信号に変換して出力してもよい。TOSA8及びROSA9がそれぞれ並行して動作することにより全二重双方向光通信が行われる。
図3は、TOSA8、ROSA9、回路基板10及びFPC20を上側から見た斜視図である。図4は、TOSA8、ROSA9、回路基板10及びFPC20を図3の反対側(下側)から見た斜視図である。なお、図4及び後述する図7では、配線を強調するため、FPC20を2点鎖線で示している。図3及び図4に示されるように、TOSA8は、例えば、半導体レーザを収容するハウジング(パッケージ)8aを有し、ハウジング8aは金属製のステム8bを有する。TOSA8は、ステム8bから延び出す複数のリードピン8c(光サブアセンブリの端子)を有する。複数のリードピン8cのそれぞれは、ステム8bから後方に延び出している。ROSA9は、例えば、受光素子を収容するハウジング(パッケージ)9aを有し、ハウジング9aは金属製のステム9bを有する。ROSA9は、TOSA8と同様、ステム9bから延び出す複数のリードピン9c(光サブアセンブリの端子)を有する。
回路基板10はメイン基板(第1回路基板)11及びサブ基板(第2回路基板)12を含んでいる。FPC(フレキシブル基板)20はTOSA8及びROSA9のそれぞれとメイン基板11とを電気的に接続し、サブ基板12はFPC20の内側に形成された開口部21に配置されている。ROSA9は、光通信モジュール1の外部から受信した光信号を電気信号(電気高速信号)に変換し、電気高速信号はFPC20を介してメイン基板11に伝送される。ここで、電気高速信号は、TOSA8及びROSA9のそれぞれにおいて光電変換を行うための高速信号である。例えば、電気高速信号は、光通信の情報伝送のための主信号である。電気高速信号は、例えば、信号速度が10Gbps以上のディジタル信号である。なお、電気高速信号は、PAM4(4値パルス振幅変調)信号等であってもよい。メイン基板11が搭載する回路は、当該電気高速信号に信号処理を施し、信号処理を施された当該電気高速信号は電気プラグ4を介してホストシステムに出力される。ホストシステムからメイン基板11には、電気プラグ4を介して送信用の電気高速信号が入力する。当該電気高速信号は、メイン基板11が搭載する回路によって処理された後、FPC20を介してTOSA8に伝送される。TOSA8は、この電気高速信号を光信号に変換した後、当該光信号を光通信モジュール1の外部(例えば、光ファイバーケーブル)に送信する。
ROSA9において、外部から受信した光信号を電気高速信号に光電変換を行う際に、その光電変換の制御に係る電気信号(電気低速信号)が使用される。例えば、受光素子にバイアス電圧を与えたり、光信号の平均強度をモニタするためのモニタ信号等がROSA9に入力されたり、ROSA9から出力される。すなわち、電気低速信号は、ROSA9の動作を監視・制御するための電気信号である。電気低速信号は、例えば、電圧や電流などのアナログ信号であってもよく、I2CやSPIなどのシリアル通信によるディジタル信号であってもよい。電気低速信号は、例えば、電気高速信号(主信号)以外の電気信号である。電気高速信号は、例えば、信号速度が10Gbps以下のディジタル信号である。また、電気高速信号は、例えば、周波数が10GHz以下のアナログ信号である。電気低速信号は、FPC20、サブ基板12及びFPC20を介してROSA9とメイン基板11との間を伝送される。すなわち、サブ基板(第2回路基板)12は、FPC20の開口部21に配置されるため、電気信号は、サブ基板12の前後でそれぞれFPC20を通って伝達される。なお、電気高速信号以外の低速な電気信号(電気低速信号)は、例えば、前述した制御信号(電気信号)の他に電源用及びGND用の信号を含んでいてもよく、上記制御信号は、一例として、アンプに帯域制限をかけるレートセレクト信号、又は受光レベルの直流成分のモニタ信号であってもよい。また、電源線及びGND線がFPC20、サブ基板(第2回路基板)12及びFPC20を介してメイン基板(第1回路基板)11からTOSA8及びROSA9に接続されてもよい。サブ基板(第2回路基板)12及びメイン基板(第1回路基板)11のそれぞれが搭載する回路は、制御信号(電気低速信号)を使ってTOSA8及びROSA9の動作状態の監視や制御を行う。例えば、TOSA8から出力される光信号の強度(パワー)をモニタして、TOSA8の内部の半導体レーザに供給する駆動電流を調節したり、ROSA9に入力される光信号の強度(パワー)をモニタして、ROSA9の内部の受光素子に供給するバイアス電圧を調節したりする。それらの監視や制御は、例えば、マイクロコントローラを使用してディジタル制御によって行われる。ディジタル制御のために、TOSA8又はROSA9の動作状態を監視するための電圧値や電流値はAD変換されて、ディジタル値として扱われる。メイン基板(第1回路基板)11が搭載する回路は、メモリを含み、TOSA8又はROSA9の動作状態を監視や制御するためのディジタル値をメモリの所定のアドレスに格納する。メイン基板(第1回路基板)11が搭載する回路は、ホストシステムが光通信モジュール1を監視・制御するための電気信号を電気プラグ4を介してホストシステムと通信することができる。例えば、ホストシステムからメモリの所定のアドレスに格納されているディジタル値を問い合わせされたときに、メイン基板11が搭載する回路は、ディジタル値をディジタル信号として電気プラグ4を介してホストシステムに出力する。一方で、ホストシステムからメイン基板(第1回路基板)11にTOSA8及びROSA9の動作状態を変えるために電気プラグ4を介してディジタル値がディジタル信号として入力されることがある。メイン基板11が搭載する回路は、そのディジタル値をメモリの所定のアドレスに格納し、そのディジタル値を電圧値又は電流値にDA変換してTOSA8又はROSA9にFPC20、サブ基板12及びFPC20を介してTOSA8に伝送される。なお、TOSA8又はROSA9が扱う電気低速信号は、サブ基板12が搭載する回路によって生成又は処理されてもよい。
サブ基板(第2回路基板)12は、例えば、方向(幅方向)D2に延びる長辺と一方向(長手方向)D1に延びる短辺とを有する長方形状とされている。FPC(フレキシブル基板)20は、内側に開口部21を有すると共に一方向D1及び方向D2の双方に延在する平板部22と、平板部22の方向D2の両側のそれぞれにおいて平板部22から方向(高さ方向)D3に折り曲げられた一対の折り曲げ部23と、平板部22の前端において平板部22から折り曲げられた折り曲げ部24と、平板部22の後端から段差部25を介して後方に延在する延在部26とを備える。サブ基板(第2回路基板)12と折り曲げ部23との間には空間が形成されており、サブ基板12及び折り曲げ部23が互いに干渉しない構成とされている。折り曲げ部24は、平板部22の一方向D1の端部から方向(高さ方向)D3に折り曲げられた部位であり、例えば、平板部22から90°曲げられている。折り曲げ部24には複数の接続孔24aが形成されており、各接続孔24aには複数のリードピン8cのそれぞれが貫通した状態で各リードピン8cが半田接続されている。
FPC20の平板部22は、開口部21よりも前側(光サブアセンブリ側)に位置する第1部分22Aと、開口部21よりも後側(メイン基板側)に位置する第2部分22Bとを含んでいる。第1部分22Aは開口部21を画成する内面21aにおいて後側に突出する突出部22bを有し、第2部分22Bは内面21aにおいて前側に突出する突出部22cを有する。突出部22bは、方向D2の両端のそれぞれに位置する一対の湾曲部22dと、一対の湾曲部22dの間において開口部21の内側に突出する凸部22eとによって形成される。突出部22cは、突出部22bと同様、一対の湾曲部22fと凸部22gとによって形成される。突出部22bにはサブ基板12の一端(前端)が載せられて、突出部22cにはサブ基板12の他端(後端)が載せられる。
FPC20は、更に、複数の高速信号配線L1、及び複数の信号配線L2を有する。高速信号配線L1は、例えば、伝送線路によって形成されている。伝送線路は、例えば、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路等である。高速信号配線L1は、TOSA8のリードピン8c、及びROSA9のリードピン9cのそれぞれと、メイン基板11の端子11aとを直接1:1に接続する。すなわち、複数の高速信号配線L1のそれぞれは、リードピン8c及びリードピン9cのいずれかから端子11aまで延びており、各高速信号配線L1の途中に反射点となるような箇所を有しない。また、信号配線L2は、リードピン8c及びリードピン9cのそれぞれから開口部21まで延びる第1信号配線L3と、開口部21からメイン基板11の端子11aまで延びる第2信号配線L4とを含んでいる。
FPC20の突出部22bには複数のパッドPが形成されており、サブ基板12には複数のパッドPに対応して複数のパッドP‘が形成されており、複数のパッドPと複数のパッドP’とのそれぞれを介してサブ基板12及びFPC20が互いに半田接続されている。パッドPは、信号配線L2に接続される配線用のパッドP1と、信号配線L2に接続されない補強用のパッドP2とを含む。例えば、突出部22bにおいて、FPC20の方向D2の両端側のそれぞれに複数のパッドP1が設けられる。また、補強用のパッドP2によってFPC20とサブ基板12の接続点において十分な強度を確保することができ、FPC20の開口部21においてサブ基板12を保持する(吊り上げる)ことが可能となる。更に、パッドP2を有する場合には、補強用の他の部品が不要となるので、部品点数の低減にも寄与する。なお、パッドP‘もパッドPに対応して配線用のパッドP1’と、信号配線L2に接続されない補強用のパッドP2‘とを含んでいる。FPC20の配線用のパッドP1とサブ基板12の配線用のパッドP1’とが互いに接続され、FPC20の補強用のパッドP2とサブ基板12の補強用のパッドP2’とが互いに接続される。このように、以下の説明において、FPC20とサブ基板12とは、それぞれの対応するパッドP、P‘が互いに半田によって接続されるため、サブ基板12のパッドについての説明は省略する。
例えば、突出部22bの方向D2の一方側に4個のパッドP1が設けられ、突出部22bの方向D2の他方側に4個のパッドP1が設けられる。方向D2の一方側の4個のパッドP1と、方向D2の他方側の4個のパッドP1との間には、2個の補強用のパッドP2が設けられる。例えば、一対のパッドP2が方向D2に沿って並ぶように設けられており、各パッドP2は方向D2に長く延びる長方形状とされている。FPC20の突出部22cにも、信号配線L2に接続される配線用のパッドP1と、信号配線L2に接続されない補強用のパッドP2とを含むパッドPが形成されている。突出部22cにおいて、補強用のパッドP2は配線用のパッドP1の方向D2の両端側のそれぞれに設けられる。
図5は、FPC20の方向D2の一端と筐体2とを示す断面図である。図4及び図5に示されるように、折り曲げ部23はFPC20の方向(幅方向)D2の両脇に設けられている。方向D2に沿って並ぶ一対の折り曲げ部23の一方に送信用の電気高速信号(メイン基板11からTOSA8に向かう信号)が通り、他方に電気高速信号(ROSA9からメイン基板11に向かう信号)が通る。折り曲げ部23に形成される伝送線路の周波数帯域は、例えば、28GHz以上である。FPC20の材料は、例えば、液晶ポリマー(LCP:Liquid Crystal Polymer)であり、この場合、誘電損を小さくすることが可能となる。
折り曲げ部23は、平板部22の方向D2の端部から曲げられた部位であり、平板部22から一方向D1及び方向D2の双方に交差する方向(高さ方向)D3に曲げられている。方向D3は、例えば上下方向(高さ方向)である。方向D3は、例えば、平板部22が有し、一方向D1及び方向D2に平行であり、信号配線L2が形成される面の法線方向である。図5では、折り曲げ部23が平板部22から90°下方に曲げられている例を示しているが、折り曲げ部23は上方に曲げられていてもよい。FPC20の方向D2の両端側のそれぞれに位置する折り曲げ部23と筐体2の内面2dとは互いに対向している。具体的には、方向D2の両端側を向く折り曲げ部23の外面23aが内面2dに方向D2に対向しており、外面23aと内面2dとの間には空間Kが形成されている。
空間Kの方向D2の長さ、すなわち、外面23aと内面2dとの最短距離Aは、例えば、0.2mm以上且つ0.3mm以下である。なお、最短距離Aは0.3mmより長くてもよい。しかしながら、最短距離Aは、可能な限り短くして、サブ基板12の方向D2の長さを長くする方が部品の実装面積を広くする観点においては好ましい。最短距離Aは、外面23aと内面2dとが互いに平行でない場合には、それぞれが互いにもっとも近接する部位の間の距離となる。内面2dと対向する折り曲げ部23の外面23aはレジスト又は絶縁材に覆われている。例えば、外面23aは、レジスト(一例として樹脂)又は保護シート(一例としてポリイミド)に覆われた面である。これにより、折り曲げ部23と筐体2との絶縁が確保されており、折り曲げ部23に形成された高速信号配線L1は筐体2と電気的に絶縁されている。なお、最短距離Aは、折り曲げ部23に形成された高速信号配線L1と筐体2との間の電気容量が所定の値よりも小さくなるように設定されてもよい。
図6は、サブ基板12及びFPC20を上側から見た斜視図である。図6に示されるように、折り曲げ部23は、平板部22から方向D3に延在すると共に一方向D1に沿って並ぶ一対の第1辺23bと、各第1辺23bの平板部22との反対側の端部から一方向D1及び方向D3の双方に対して斜めに延びる一対の第2辺23cと、一対の第2辺23cの間において一方向D1に延びる第3辺23dとを有する。すなわち、一対の第1辺23bは、第3辺23dを介して相互につながっており、一対の第2辺23cは、第3辺23dの一方向D1の両端に設けられている。また、折り曲げ部24は、平板部22から方向D3に延在すると共に方向D2に沿って並ぶ一対の第1辺24bと、各第1辺24bの平板部22との反対側の端部から方向D2の内側に湾曲する一対の湾曲部24cと、一対の湾曲部24cの間において方向D2に延びる第2辺24dとを有する。すなわち、一対の第1辺24bは、第2辺24dを介して相互につながっており、一対の湾曲部24cは、第2辺24dの方向D2の両端に設けられている。段差部25は平板部22の後端から斜め上方に傾斜しており、段差部25の上端に延在部26が設けられる。延在部26は、例えば、方向D2に延びる長辺、及び一方向D1に延びる短辺を有する長方形状を成しており、平板部22と平行に延在する。すなわち、例えば、延在部26の信号配線L2が形成される面の法線は、平板部22の信号配線L2が形成される面の法線と互いに平行となっている。
図7は、サブ基板12及びFPC20を下側から見た斜視図である。図6及び図7に示されるように、高速信号配線(伝送線路)L1は、例えば、FPC20の折り曲げ部24の上側から延び出しており、信号配線L2は折り曲げ部24の下側から延び出している。高速信号配線L1及び信号配線L2のそれぞれは、接続孔24aに電気的に接続されており、接続孔24aから下方及びFPC20の方向D2の両端のうちそれぞれの接続孔24aが近接する側に延び出している。FPC20は、例えば、方向D2の一方側及び他方側のそれぞれに3本の高速信号配線L1を備える。この3本の高速信号配線L1は、例えば、S−G−S構造の差動伝送路を構成する。この場合、3本の高速信号配線L1を通る高速信号信号は、互いに位相が180°異なる一対の相補信号(S+、S−)と、一対の相補信号の間を通るグランド信号とを含む。すなわち、3本の高速信号配線L1のうち中央がGND配線であり、中央のGND配線の両側のそれぞれに一対の信号線(S+、S−)が設けられる。なお、一対の信号線(S+、S−)の順序は、(S−、S+)に入れ替えられてもよい。また、FPC20は、方向D2の一方側及び他方側のそれぞれに、4本の高速信号配線L1を備えていてもよい。この場合、4本の高速信号配線L1は、例えば、一対の信号線(S+、S−)が所定の特性インピーダンスを有するようにS−G−G−S構造、又はG−S−S−G構造の差動伝送路を構成する。なお、一対の信号線(S+、S−)のそれぞれの長さは、互いの位相関係を維持するために同じとされていることが好ましい。
各高速信号配線L1は、折り曲げ部24において接続孔24aから方向D2の両端側且つ下側に延び出している。そして、各高速信号配線L1は、折り曲げ部24の下端から平板部22に延び出すと共に方向D2の両端側に更に曲げられて折り曲げ部23に入り込む。方向D2に折り曲げ部23に入り込んだ各高速信号配線L1は、折り曲げ部23の外形に沿うと共に一方向D1に曲げられてサブ基板12の方向D2の両端側において一方向D1に沿って延在する。一方向D1に延びる高速信号配線L1は、例えば、折り曲げ部23の外形に沿って下方に曲げられて平板部22に入り込み、平板部22に入り込んだ高速信号配線L1は、方向D2の中央側に延びると共に後方に曲げられて段差部25及び延在部26において一方向D1に延在している。各高速信号配線L1は、サブ基板12を通らずに、サブ基板12の方向D2の両脇を通って折り曲げ部23において延在している。
信号配線L2の第1信号配線L3は、折り曲げ部24において接続孔24aから下側に延び出しており、平板部22に入り込む。平板部22において、第1信号配線L3は、平板部22の前端から一方向D1に沿って延び出してから方向D2の両端側に斜めに延びてパッドP1に接続される。信号配線L2の第2信号配線L4は、サブ基板12の後端に位置するパッドP1から方向D2の両端側に斜めに延び出してから一方向D1に延びて、段差部25及び延在部26では一方向D1に延在する。
次に、光通信モジュール1から得られる作用効果について詳細に説明する。光通信モジュール1では、TOSA8及びROSA9のそれぞれが光信号及び電気高速信号の光電変換を行い、回路基板10は電気信号を処理する回路を搭載する。TOSA8及びROSA9のそれぞれと回路基板10とはFPC(フレキシブル基板)20によって互いに電気的に接続される。回路基板10はメイン基板(第1回路基板)11とサブ基板(第2回路基板)12とを含んでおり、メイン基板11はFPC20から見てTOSA8及びROSA9の反対側(後側)に設けられ、サブ基板12はFPC20の内側に形成された開口部21に配置される。開口部21は、例えば長方形状をしており、長辺は方向D2と平行であり、短辺は一方向D1と平行となるように形成されている。このように、FPC20に開口部21を設けると共に、FPC20の開口部21にサブ基板12を配置することにより、回路基板に搭載されていた回路の一部をFPC20の開口部21に配置されたサブ基板12に搭載することができる。
従って、FPC20の内側の開口部21を、サブ基板12を配置するスペースとして用いることができるので、部品の実装密度を高めると共に小型化を実現させることができる。また、光通信モジュール1はホストシステムのケージに一方向D1に挿抜される。電気信号のうち電気高速信号が通る高速信号配線(伝送線路)L1は、FPC20の開口部21から見て一方向D1に交差する方向D2の両側のそれぞれに形成されており、TOSA8及びROSA9のそれぞれからメイン基板11まで延びている。従って、高速信号配線L1は、開口部21に配置されたサブ基板12を通らずに、FPC20の開口部21の両側のそれぞれを通る。よって、高速信号配線L1の接続点が増えてモードミスマッチによる反射が生じて高周波信号の品質が低下することを抑制することができるので、部品の実装密度を高めて小型化を実現させると共に電気高速信号の伝送を適切に行うことができる。
上記の作用効果について更に詳細に説明する。仮に、サブ基板(第2回路基板)12を経由して光サブアセンブリとメイン基板11との間に電気高速信号を通す場合、FPC20とサブ基板12との電気的接続点(パッド同士の半田接続部分)にインピーダンスの不整合(ミスマッチ)が生じ、電気高速信号が反射されることによって信号品質が劣化しうる。この電気的接続点は2箇所に設けられる。これに対し、本実施形態では、折り曲げ部23が高速信号配線L1を有することによって、TOSA8及びROSA9のいずれかとメイン基板11とを高速信号配線L1が直接接続し、高速信号配線L1は電気的接続点を有しない。従って、波形品質等の信号品質を向上させることができると共に、反射に伴う空間への電磁放射等を抑制することができる。
また、光通信モジュール1において、高速信号配線L1は、例えばマイクロストリップ線路等の伝送線路によって形成されており、高速信号配線L1は、TOSA8及びROSA9のそれぞれのリードピン8c,9c、及びメイン基板11の端子11aを直接1:1に接続する。従って、高速信号配線L1がTOSA8及びROSA9のそれぞれとメイン基板(第1回路基板)11とを直接1:1に接続するので、高速電気信号の品質を確保することができる。
また、FPC20とサブ基板12との間で伝達される信号(電気低速信号)の信号速度は、高速信号配線L1で伝達される信号(電気高速信号)の信号速度よりも遅い。よって、FPC20及びサブ基板12の間で伝達される信号の速度が電気高速信号の速度よりも遅いので、制御信号等の低速な信号をFPC20及びサブ基板12に通すことができる。従って、FPC20を介して高周波信号がメイン基板11からTOSA8及びROSA9のそれぞれに直接伝達すると共に、FPC20及びサブ基板12を介して低速な信号がメイン基板11からTOSA8及びROSA9のそれぞれに伝達するので、信号の性質に応じて配線を適切に行うことができる。例えば、FPC20とサブ基板12との電気的接続点にインピーダンスの不整合があった場合に、制御信号等の低速な信号(電気低速信号)は、高周波信号よりも相対的に波形品質に受ける影響は少ない。
また、FPC20は、開口部21から見て一方向D1に交差する方向D2の両側のそれぞれに折り曲げ部23を有し、各折り曲げ部23に高速信号配線L1が形成されている。従って、FPC20が両側のそれぞれに折り曲げ部23を有することによって、信号の配線のスペースを多く確保することができる。よって、光通信モジュール1の内部空間を有効利用することができるので、光通信モジュール1の小型化に寄与する。また、FPC20の両側のそれぞれに設けられた折り曲げ部23に高速信号配線L1が形成されるので、折り曲げ部23を、高速信号配線L1を通す部分として有効利用することができる。すなわち、折り曲げ部23を備えることにより、サブ基板12の方向D2の両端側に設ける高速信号配線L1のための領域(面積)を減らすことができるので、光通信モジュール1を小型化させると共に配線の自由度を高めることができる。
また、光通信モジュール1は、TOSA8、ROSA9、回路基板10及びFPC20を収容する筐体2を備え、折り曲げ部23は筐体2の内面2dに対向し、折り曲げ部23の内面2dと対向する部分(外面23a)は、レジスト又は絶縁材に覆われている。よって、折り曲げ部23を筐体2の内面2dに接触可能な程度に近接して対向させることができる。また、折り曲げ部23の内面2dと対向する部分がレジスト又は絶縁材で覆われることにより、折り曲げ部23が筐体2の内面2dに接触した場合でもFPC20と筐体2との絶縁を確保することができる。
また、FPC20及びサブ基板12を互いに接続するパッドPは、FPC20とサブ基板12との接続を補強するパッドP2を含む。従って、FPC20とサブ基板12との接続を補強するパッドP2によってFPC20とサブ基板12とを一層強固に接続することができる。更に、信号配線L2に接続するパッドP1の形状等を変更する必要がないので、パッドP1としては通常のパッドを用いることができる。
なお、以下では、FPC20とサブ基板12との接続に関する剛性と、補強用のパッドP2の面積と、サブ基板12の質量との関係について検証する。例えば、1mmのパッドP2において2〜3N程度の接合強度が半田付け(リフロー)によって得られるが、ここでは0.5N/mmの接合強度が得られると推定する。サブ基板12は、例えば、基板材のガラスエポキシ、及び配線用の銅によって構成されており、ガラスエポキシの比重を1.5、銅の比重を9.0、サブ基板12におけるガラスエポキシと銅の体積比を9:1、とすると、サブ基板12の比重は2.25(=(1.5×9+9.0×1)/10)となる。サブ基板12の面積をB(cm)とすると、サブ基板12の重量は0.225×B(g)となる。
ここで、B=1とし、サブ基板12への実装部品を0.5gとすると、要求される接合強度としては、例えば、光通信モジュール1に衝撃加速度1500Gがかかった場合を想定して、サブ基板12にかかる最大の負荷は、(0.5×1500/1000)≒0.75Nとなる。大きく見積もって2Nの負荷がサブ基板12にかかるとすると、パッドP2は4mm程度の面積を有すれば十分であると考えられる。すなわち、上記では、サブ基板12の面積B(cm)に対して4mm程度となるので、パッドP2の面積がサブ基板12の面積の4%以上あれば十分な強度を確保できると考えられる。なお、補強用のパッドの面積としては、パッドP2の面積だけでなく、制御信号用、電源用又はグランド用のパッドP1の面積を含んでもよい。なお、補強用のパッドP2は、回路基板上に搭載される回路と電気的に接続されていなくてもよい。すなわち、電気的にフローティングであってもよい。また、補強用のパッドP2は、電源線又はグランド線と電気的に接続されて、電源用のパッド又はグランド用のパッドと兼用されていてもよい。
以上、本発明に係る光通信モジュールの実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、前述した実施形態に限定されない。すなわち、本発明が特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において種々の変形及び変更が可能であることは、当業者によって容易に認識される。例えば、光通信モジュールの各部の形状、大きさ、材料、数及び配置態様は適宜変更可能である。
例えば、前述の実施形態では、FPC20が一対の折り曲げ部23を備える例について説明した。しかしながら、FPCは折り曲げ部を備えなくてもよく、例えば、サブ基板12の方向D2への幅を狭くして方向D2の両側のそれぞれに高速信号配線L1を通してもよい。また、一対の折り曲げ部23の間の空間に更に別の回路基板等を備えていてもよく、この場合、更に実装面積を増やすことができる。また、前述の実施形態では、信号配線L2に接続されない補強用のパッドP2を備える例について説明した。しかしながら、例えば信号配線L2に接続されるパッドP1を大きく(広く)してFPC20とサブ基板12との接合強度を高めれば、信号配線L2に接続されない補強用のパッドP2を省略することも可能である。更に、前述の実施形態では、SFP規格に準拠する光通信モジュール1について説明した。しかしながら、本発明に係る光通信モジュールは、例えばQSFP規格等、SFP規格以外の規格に準拠した光通信モジュールであってもよい。また、光通信モジュール1は、送信及び受信を行うものに限定されず、例えば送信のみ行う光送信モジュール、又は受信のみ行う光受信モジュールであってもよい。例えば、光送信モジュールは、前述の実施形態において、ROSA9及びROSA9に係る回路が省かれているか、又は、ROSA9の代わりにTOSA8を更に備えていてもよい。例えば、例えば、光受信モジュールは、前述の実施形態において、TOSA8及びTOSA8に係る回路が省かれているか、又は、TOSA8の代わりにROSA9を更に備えていてもよい。更に、前述の実施形態では、光通信モジュールは、ホストシステムのケージに挿抜可能となっているが、例えば、SFF光トランシーバのように基板実装用の端子を有し、ホストシステムに使用されるユニット内のボードに半田付けで固定されて使用されてもよい。SFF光トランシーバは、ケージに挿抜可能なSFPモジュールと同様に長手方向に長い直方体状の形状を有する。光通信モジュールが半田付けでボードに固定される場合でも、光通信モジュールの小型化によって通信装置であるホストシステムの高機能化・高速化に寄与できる。
1…光通信モジュール、2…筐体、2a…側面、2b…上面、2c…底面、2d…内面、3…光レセプタクル、4…電気プラグ、5…スライダ、6…上筐体、7…下筐体、8…TOSA(光サブアセンブリ)、8a…ハウジング、8b…ステム、8c…リードピン(光サブアセンブリの端子)、9…ROSA(光サブアセンブリ)、9a…ハウジング、9b…ステム、9c…リードピン(光サブアセンブリの端子)、10…回路基板、11…メイン基板(第1回路基板)、11a…端子、12…サブ基板(第2回路基板)、20…FPC(フレキシブル基板)、21…開口部、21a…内面、22…平板部、22A…第1部分、22B…第2部分、22b…突出部、22c…突出部、22d…湾曲部、22e…凸部、22f…湾曲部、22g…凸部、23…折り曲げ部、23a…外面、23b…第1辺、23c…第2辺、23d…第3辺、24…折り曲げ部、24a…接続孔、24b…第1辺、24c…湾曲部、24d…第2辺、25…段差部、26…延在部、A…距離、B…面積、D1…一方向(長手方向)、D2…方向(幅方向)、D3…方向(高さ方向)、K…空間、L1…高速信号配線(伝送線路)、L2…信号配線、L3…第1信号配線、L4…第2信号配線、P,P1…パッド、P2…パッド(電気低速信号を伝達するパッド以外のパッド、補強するパッド)。

Claims (5)

  1. 長手方向に長い直方体状の外形を有する光通信モジュールであって、
    光信号と電気高速信号との間の光電変換を行い、前記光電変換の制御に係る電気低速信号を扱う光サブアセンブリと、
    前記電気高速信号を扱う回路を搭載する第1回路基板と、
    前記電気低速信号を扱う回路を搭載する第2回路基板と、
    可撓性を有し、前記長手方向において前記光サブアセンブリと前記第1回路基板との間に配置され、前記光サブアセンブリと前記第1回路基板及び前記第2回路基板とを電気的に接続するフレキシブル基板と、
    を備え、
    前記電気低速信号は、前記電気高速信号の信号速度よりも遅い信号速度を有し、
    前記第2回路基板は、前記フレキシブル基板の内側に形成された開口部に配置され、
    前記フレキシブル基板及び前記第2回路基板は、それぞれに形成されたパッドを介して互いに半田によって接続されており、
    前記フレキシブル基板は、前記長手方向に交差する幅方向において前記開口部の外側に、前記光サブアセンブリと前記第1回路基板との間で前記電気高速信号を伝達する高速信号配線を有する、
    光通信モジュール。
  2. 前記高速信号配線は、伝送線路によって形成されており、
    前記高速信号配線は、前記光サブアセンブリの端子、及び前記第1回路基板の端子を直接1:1に接続する、
    請求項1に記載の光通信モジュール。
  3. 前記フレキシブル基板は、前記幅方向において前記開口部の外側に前記長手方向及び前記幅方向と交差する高さ方向に延びる折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部に前記高速信号配線が形成されている、
    請求項1または請求項2に記載の光通信モジュール。
  4. 前記光サブアセンブリ、前記第1回路基板、前記第2回路基板及び前記フレキシブル基板を収容する筐体を更に備え、
    前記折り曲げ部は、前記筐体の内面に対向し、
    前記折り曲げ部の前記内面と対向する部分は、絶縁材に覆われている、
    請求項3に記載の光通信モジュール。
  5. 前記パッドは、前記フレキシブル基板と前記第2回路基板との間で前記電気低速信号を伝達するパッド以外のパッドを含む、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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